Amélioration des
VTU LS Models (6)

Page créée le 22/12/2022 ; mise à jour le 10/05/2023.

Éclairage, épisode 4 : filaments à LED

Par analogie avec les lampes à incandescence désormais interdites, ces composants essaient de mimer les filaments en tungstène. Ils se composent d’un substrat unique, mince et rigide — et fragile — sur lequel un grand nombre de puces électroluminescentes sont implantées.

Les modèles choisis ont les caractéristiques suivantes.

Référence GWT3LWF2.DM (c’est une référence Osram qui n’est plus fabriquée. Apparemment, les Chinois en ont fait un bon stock).

• Tension nominale : 47 V
• Courant nominal : 30 mA
• Température de couleur : 5000 K
• Longueur hors tout : 38 mm
• Dimensions du corps : 32 × 2,4 mm
• Longueur de la partie lumineuse : 26 mm

L’anode (+) est repérée par un trou sur l’électrode.

Il y a 18 LED par barrette, branchées en série, d’où la tension de 47 V.

Il existe des filaments avec des dimensions et des tensions différentes (jusqu’à 120 V).

Voici un exemplaire alimenté sous 55 V :

Les valeurs relevées sont les suivantes :

• Tension d’alimentation : 55,7 V (à partir d’un LokProgrammer)
• Tension aux bornes du filament : 44,5 V
• Courant dans le filament : 0,12 mA
• Dissipation dans la résistance : 1,4 mW.

Pour éclairer la salle d’une VTU, qui a une longueur de 220 mm, il me faut six filaments par côté. On voit tout de suite l’inconvénient : il y aura entre deux filaments successifs une zone non lumineuse d’au moins 12 mm, qui peut tomber au milieu d’une fenêtre.

Le circuit étant placé dans une VTU, le résultat est décevant, comme je m’y attendais, car les espaces non lumineux sont très visibles. Décidément, nous n’y sommes pas encore.

Cinquième épisode : bandes souples à LED COB

Qu’est-ce que des LED COB ? Eh bien, ce sont des LED dont les « puces » sont implantées sur un support commun, d’où leur désignation anglaise Chip-on-board. Voir l’article de Wikipédia en anglais — il n’y a pas d’article en français pour le moment. D’ailleurs, les filaments vus précédemment en font partie.

Les nOOds (sic)

J’ai d’abord trouvé les nOOds. Ce nom bizarre vient du mot noodles qui signifie nouilles. En effet, il s’agit de bandes cylindriques à LED, tellement souples qu’elles ressemblent à des spaghetti trop cuits ! Je cite :

Elles sont constituées de dizaines de micro-LED collées ensemble sur un support métallique ultra flexible, puis recouvertes de silicone colorée pour les protéger. Comme les LED sont en parallèle, vous n’avez besoin que de 3 V pour les allumer. Nous recommandons de limiter le courant avec une résistance pour laisser passer 50 mA maximum.

Selon les sources, elles sont disponibles en longueur de 80, 130, 260 ou 300 mm en blanc froid ou chaud (la température de couleur n’est malheureusement pas spécifiée). Le diamètre n’est pas indiqué, je l’estime à 3 ou 4 mm. Bande non découpable. C’est là le principal inconvénient (en plus du prix), car aucune longueur ne convient vraiment pour faire les 220 mm dont j’ai besoin. Autre inconvénient : les LED sont câblées en parallèle, nécessitant une tension de l’ordre de 3 V, avec un courant relativement important. Cela va à l’encontre de mon « principe » : haute tension, faible courant.

Voici une source alternative pour ces bandes. Longueurs de 80, 130 et 300 mm.

Autres bandes de LED COB

Heureusement, il existe d’autres bandes à LED constituées de façon semblable aux filaments LED, mais disponibles en beaucoup plus grande longueur. C’est exactement ce qu’il me faut pour l’éclairage de mes VTU.

Ce type de bande, autocollante, est disponible en faible largeur (5 ou 8 mm) ; elle s’alimente sous une tension de 24 V (disponible aussi en 12 V), ce qui me convient, puisque le circuit sera alimenté en 60 V. Trois températures de couleur existent : 3000, 4000 et 6000 K. Les longueurs proposées vont de 0,5 à 5 m. J’ai choisi une bande de largeur 5 mm, longueur 5 m, température de couleur (TC) 4000 K, indice de rendu des couleurs (IRC) 90 (bien !).

La bande est recouverte de silicone teintée en jaune. Elle est découpable en éléments de 42 mm (41,67 mm précisément). Les éléments sont, entre eux, câblés en parallèle. La bande est constituée de segments de 0,5 m raccordés par soudure.

Pour les VTU, j’ai besoin de deux bandes de 210 mm (il manquera 5 mm de chaque côté, j’y reviendrai). Calcul fait, un rouleau de 5 m permet d’équiper 11 voitures, ce qui revient à moins de 1,50 € par voiture.

Voici l’aspect de cette bande.

La séparation entre éléments est indiquée par un trait tellement fin qu’il est quasi invisible ! Ici, j’ai augmenté la visibilité avec un coup de cutter.

Aspect des connexions. Elles sont situées sous la bande, non étamées, et recouvertes d’adhésif, ce qui peut être gênant pour le soudage :

De ce point de vue, les bandes de largeur 8 mm présentent la seule différence d’avoir leurs connexions sur la face supérieure, ce qui peut être plus pratique.

Allumons… J’ai réglé un courant très faible pour que l’on puisse voir chaque « puce ». Il y a seize LED par élément de 42 mm.

Essai sur une VTU

Pour cet essai, j’ai utilisé un ancien circuit obsolète sur lequel j’ai collé deux bandes de cinq éléments, les deux bandes étant câblées en série * et alimentées en 55 V par un quadrupleur de tension raccordé à mon LokProgrammer (avec ma centrale Lenz, j’atteins 60 V).

* La mise en série n’est finalement pas une bonne idée quant au temps de maintien en cas de coupure d’alimentation : la mise en parallèle va multiplier par 2 le courant, qui restera cependant très faible, mais va permettre une décharge plus profonde — donc plus longue — des condensateurs anti-clignotement. En effet, les bandes LED cesseront pratiquement de conduire en dessous de 48 V dans le premier cas, mais de 24 V dans le second.

Pour mon goût personnel, le courant donnant l’éclairage idéal est de 0,5 mA par branche. Il est difficile d’en rendre l’aspect réel en photo.

Comme mentionné plus haut, le fait que les bandes soient un peu trop courtes pour couvrir toute la salle de la voiture fait que les vasques les plus extrêmes ne sont pas éclairées. Mais pour les autres, le rendu est celui que j’espérais depuis longtemps.

Quelques modifications à faire sur les voitures

Les guides de lumière, qui avaient déjà été fraisés dans l’épisode 1, doivent être égalisés et amincis pour ne garder qu’un support de 1 mm de hauteur environ, de façon que les LED soient les plus proches possibles des vasques. Ceci se fait facilement à l’aide d’une lime bâtarde. Le fraisage n’est pas conseillé, car, même à vitesse lente, le plastique fond et encrasse la fraise.

Remarque : la diffusion de la lumière est nettement améliorée en dépolissant les vasques (extrémités des conduits de lumière) au papier abrasif grain 500 ou supérieur, chose qui n’est pas encore faite sur la photo.

D’autre part, les « paralumes » en Evergreen ép. 0,5 déjà disposés le long des bandes lumineuses pour éviter que la lumière ne s’échappe sur les côtés ont une hauteur modifiée, du fait du plus faible espace entre les guides de lumière et le circuit imprimé : 3 au lieu de 4 mm. L’un de ces paralumes est visible sur le côté éloigné de la voiture.

Nouveau circuit imprimé

Le montage d’essai étant validé, j’ai dessiné un nouveau circuit imprimé. Une fois les circuits reçus, j’ai entrepris le montage d’une première carte. Comme prévu, le soudage des bandes de LED a été acrobatique, puisque les pastilles sont dessous. J’ai essayé à l’air chaud, mais je n’ai pas réussi à faire fondre la crème à souder, même à 300°. J’ai renoncé, de peur de brûler la silicone de couverture. Heureusement qu’il n’y a que deux pastilles à souder par bande, puisque les segments sont raccordés d’origine en parallèle.

Vous remarquerez que le circuit est séparé en trois parties reliées par des straps. Le but est de mettre la partie centrale le plus bas possible pour que le maximum de lumière passe dans les conduits de lumière. En fait, la partie centrale est 1 mm plus bas que les extrémités. Je ne suis pas sûr que ça en vaille la complication…

Circuit monté, vérification du fonctionnement.

Le CI est maintenu en place par des chutes de maillechort ép. 0,3 glissées sous les arches de la caisse. Ainsi, les bandes de LED sont bien plaquées sur les conduits de lumière.

Les raccordements (straps) en fil téléphonique ⌀ 0,6 ne sont pas bien jolis : ils seront remplacés par des fils souples.

Vue sur l’ILS bistable central de commande, pour ceux qui ne seraient pas encore convaincus de la simplicité de la chose…

Deux autres emplacements pour ILS sont prévus aux extrémités, pour allumage éventuel de fanaux. Cela n’a pas été fait sur cette première voiture.

Voici le résultat une fois le toit remis en place. Un câblot s’est perdu. Il est vrai que j’ai beaucoup manipulé cette voiture cobaye…

Reste à équiper mes dix autres voitures…

Cas particulier : la voiture bar B⁵rtu

Avec les bandes à LED, la modification des arches côté bar (voir page 4) ne convient plus. Même réduites en largeur, elles empêchent le positionnement correct du circuit imprimé.

Donc ces arches sont complètement fraisées. Mais attention : elles contribuaient à l’espacement correct des parois, qui ne doivent pas fléchir lorsque le toit est clipsé. Il faut donc ajouter des traverses de renfort. Celles-ci, constituées de bandes de polystyrène ép. 0,5 et de longueur 20,8 mm exactement, sont collées sur les moignons qui restent des arches arasées (colle Faller Expert).

On voit ici deux traverses, sur quatre prévues, en cours de collage.

Comme ces traverses ne sont pas très rigides, elles sont elles-mêmes renforcées par une plaque de la même matière, assez grande pour couvrir tout le bar, soit 115 × 15 mm, collée par-dessus.

Côté bar, le circuit imprimé est maintenu sur la plaque avec du double-face épais.

Voici deux vues du bar éclairé.

Question : le mieux est-il l’ennemi du bien ?

On vient de voir que les vasques extrêmes ne sont pas éclairées, du fait que la bande à LED ne fait que 210 mm pour une longueur de salle de 220 mm. Il y a un moyen d’éviter cela : il consiste à séparer la bande en éléments de 42 mm centrés chacun sur un groupe de deux fenêtres, ce qui laisse un espace non éclairé de 3,4 mm entre chacun, mais qui se trouve derrière un trumeau, ce qui le rend invisible.

L’inconvénient, en tenant compte de la difficulté de soudage des bandes, est qu’il faut ici en souder cinq par côté au lieu d’une seule, sans compter qu’il faut d’abord les sectionner, enlever l’adhésif sur les pastilles de connexion et les étamer. Le travail est donc bien plus long.

Cela nécessite aussi la conception d’un nouveau circuit, mais ça n’est pas le plus difficile. En bricolant un circuit actuel, je l’ai équipé de cette façon.

Voici le résultat obtenu.

Cette fois, toutes les vasques sont éclairées…

Alors, oui, ici, le mieux est l’ennemi du bien. Je ne pense pas réaliser ce nouveau circuit, en considérant le peu d’amélioration que cela procure.